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基于电子无级变速混合动力系统双电机控制算法的研究

王广义  
【摘要】:新能源汽车中混合动力汽车以其较长的续驶里程和较好的燃油经济性等特点发展较为迅速。在国内,尤其在城市公交客车领域,混合动力得到快速发展。当前较为成功的混合动力系统为丰田的电子无级变速系统(Electrical Variable Transmission,EVT),其主要应用于小型乘用车,在城市公交客车方面应用较少,因此本文针对电子无级变速混合动力系统在公交客车方面的应用来展开研究。本文所研究的EVT系统由双电机和双行星排组成,根据系统构型的特点,首先介绍了其工作原理,分析了在不同模式下三动力源(发动机、电机MG1和电机MG2)的工作状态,并利用杠杆模型法分析了三动力源的转速、转矩关系。在此基础上推导出系统的转速、转矩输出计算公式,从而明确系统对双电机工作特性的需求,提出了MG1前馈加反馈及MG2转矩补偿的控制算法。电机在EVT系统中起到动力源与模式切换执行机构的作用,其控制系统的响应特性将影响EVT稳态与动态工作特性,因此研究了永磁同步电机及其控制系统。介绍了永磁同步电机矢量及弱磁控制的原理,分析了脉宽调制技术及其实现矢量控制的过程,利用Simulink/Simscape搭建了电机的矢量及弱磁控制仿真模型,对比了有、无弱磁控制策略时电机的输出特性。仿真结果表明:电机的动态响应特性较好;弱磁控制扩大了电机的转速、转矩输出能力,有利于在EVT系统上的应用。在对电机及其控制系统验证的基础上,搭建了EVT车辆机械传动系统模型及控制算法模型,并将电机系统集成到EVT系统中,完成了整车系统集成的仿真。仿真结果显示,MG1前馈加反馈的算法使发动机能够跟随目标工作点,通过对MG2协调控制,降低了系统在模式切换时的冲击,并提高了发动机启动时整车的动力性。


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